基于模糊pid控制電阻爐的溫度系統設計與仿真畢業論文(存儲版)

　　

【正文】 , 0Kd 是 PID 控制器的原始值，一般根據現場調試由經驗值設定。對比純 PID 控制、純模糊控制自適應模糊 PID 控制方法，單純 PID 控制使得超調量比較大，單純模糊控制使超調量也比較大，只有自適應模糊 PID 控制方法能夠保證超調量和穩態誤差都很小可以幾乎不計。 模糊 PID 控制屬于智能控制的一部分，如果設計具有強適應性和較高智能的控制系統則需要增加硬件和軟件功能。 Application, 20xx,20(2):293296. [14] 雷勇 . 單參數 PID 模糊控制器的設計 [J]. 電子技術應用， 1998,610. [15] 李林靜 . 基于單片機的爐溫控制系統 [J]. 通用機械， 20xx， 1:5052 [16] 李士勇 . 模糊控制神經控制和智能控制論 [M] .哈爾濱 :哈爾濱工業大學出版社， 1996. [17] 蘇金明 . 實用指南 [M]. 北京 :電子工業出版社 , 20xx [18] 李芳 ,白曉虎 ,紀建偉 . 基于模糊控制的溫室控制系統的研究 [J].農機化研 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 34 究， 20xx（ 1）： 8384. [19] 韓峻峰，李玉惠 . 模糊控制技術 [M]. 重慶：重慶大學出版社 ， 20xx [20] 李迎霞 ,杜尚豐 .中國溫室環境智能控制算法研究進展 [J].農業工程學報，20xx， 20（ 2）： 267271. 。 今后將研究以下兩個方面的內容： 基于模糊 PID 技術的控制系統是離線計算形成模糊控制表的，因而沒有在線模糊推理功能，同時系統沒有自學習能力，如果能夠和神經網絡結合可進一步提高系統的適應能力。本章節經過以上對 PID控制、模糊控制和自適應 模糊 PID 控制三種方案的仿真研究和分析，從下表中明顯看出： 基于模糊 PID 的電阻爐溫度自動控制系統 30 表 三種控制方法的比較 調整時間 超調量 穩態誤差 PID 控制 400s 20% 0 模糊控制 200s 3% 0 模糊 PID 控制 180s 0% 0 PID 控制響應曲線超調量較大，純模糊控制有超調量但是較小，而自適應模糊 PID控制方法可實現調節時間短、超調量為零、穩態誤差為零等非常理想的性能指標。 ④偏差變化量 |ec|的物理意義是表明溫度偏差變化的快慢速率， |ec|值越大， PK 的取值越小， IK 取值越大 ]22[ 。若 IK 過小，將使系統靜態誤差難以消除，影響系統的調節精度。 ③根據對手工控制操作的系統觀察和測量生成控制規則 。 將 E、 EC 和 Kp其劃分為 7個檔次，即 E、 EC、 PK ={3，一 2，一 1， 0， +1,+2，+3}。 DK 的基本論域為 {3， 3}，其量化論域為 {3， 3}，則量化因子 1 (3)確定隸屬度函數 根據溫度的控制的特性分別將輸入和輸出的三角形隸屬度函數曲線，進行離散化處理，分別得到溫度偏差，偏差變化， PK ， IK ， DK 的各個模糊集合的隸屬度函數表。本文也設計一個二維模糊控制器，以溫度的偏差 e 和偏差的變化 ec作為輸入量，其相應的語言變量為 E 和 EC，輸出量為 PID 控制參數 PK ， IK , DK ，其相應的語言變量為 PK ， IK ， DK ，輸入輸出分別采用正態分布函數的隸屬度。 (4)模糊推理模糊判決。模糊控制器的輸入變量通常取誤差 E和誤差的變化 EC，構成二維模糊 PD 控制器，輸出變量一般選擇控制量的增量。這樣就可以得出剩余的 9 條規則。確定模糊控制規則的原則是必須保證控制器的輸出能夠使系統輸出響應的動靜態特征達到最佳。誤差 e的論域為 {30,30}。 模糊邏輯工具箱中模糊推理系統有五個過程：輸入變量的模糊化、模糊關系運算、模糊合成運算、不同規則結果的綜合、去模糊化 ]14[ 。 2)滯后時間 T 在過程控制中，很多被控對象在受到輸入變量的作用以后，其被控量并不立即發生改變，而是經過一定時間才發生變化，這就是滯后現象，滯后時間下是描述這種現象的動態參數。其工作流程如圖所示。自適應調整過程是模仿人的思維過推理實現的，由于人固有的特性，這一過程又一定是模糊的，如“如果當前偏差很大而偏差變化的速度仍很慢，則加大調節作用，以提高系統響應速度”，“如果前偏差已很 小而偏差變化的速度仍很大，則減小調節作用，以便減小系統超調”等為簡化運算，使問題求解難度降低，以滿足實時性的要求，在不降低其它性能標的前提下，本文將模糊推理器設計成二輸入三輸出的推理器，即輸入是偏差 e 和差變化率 ec，輸出是△ Kp，△ Ki，△ Kd，用來分別調節 PK ， IK ， DK 的值。 (3)模糊 積分混合控制 是將常規積分控制器和模糊控制器并聯構成的。故把 PI(PID)控制策略引入模糊控制器，構成 FuzzyPI(或 PID)復合控制，使動靜態性能都得到很好的改善，即達到動態響應快，超調小、穩態誤差小。 (4)知識庫 由數據庫和規則庫兩部分組成。控制器的輸入 X 被模糊化為一關系 x，模糊輸出 Y 可應用合成推理規則進行計算，對模糊輸出 Y 進行模糊判決 (解模糊 )得到精確的數值輸出 y，對控制對象進行控制。對于那些難以建立精確數學模型的復雜對象，更適宜采用模糊控制。另一方面，現代工業對控制過程不僅要求控制的精確性，還要求控 制的魯棒性、實時性、容錯性及對控制參數的自適應性，而傳統控制存在的局限性使之不能從根本上解決這些問題。其根源是模糊邏輯本身提供了由專家構造語言信息并將其 轉化為控制策略的一種系統的推理方法，對于模型難以建立的不確定系統或復雜系統的控制，提供了簡便模式，是處理推理系統和控制系統中不精確或不確定性的一種有效的方法。在設計控制系統的過程中人們主要關心的問題是 PID 控制器，只能通過整定一組“設定值跟蹤特性”和“干擾抑制特性”。不會影響系統的工作。 顯然，上述離散化過程中，采樣 周期 T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。 微分調節（ D） 在微分調節器中，調節器的輸出 u 與被調量或其偏差對于時間的導數成正比，即 )dtdydtdr(TdtdeTu DD ??? （ ） 可見微分作用輸出只與偏差變化有關，偏差無變化就無控制信號輸出，所以不能消除靜差。 圖 模擬 PID 控制器系統框圖 PID 控制器是一種線性控制器，它根據給定值 r (t)與 實際輸出值 y (t)構成偏差 : )t(y)t(r)t(e ?? () 將偏差比例、積分和微分控制，通過線性組合構成控制量，對被控對象進行控制，故稱 PID 控制器。 本文的主要研究內容 本論文就鍋爐水位控制特性作為研究切入點，探討如何解決鍋爐水位控制特性所提出的問題。但這類方法需要知道精確的被控對象的數學模型形式。 用離散時近似方法 將模擬控制器轉換成數字控制器 ，其實 是 將一連續時間系統的控制規律離散為數字控制器的控制規律，適當選擇采樣周期確保數字控 制器與模擬控制器的近似 。在關于溫度控制的絕大部分文獻資料中，控制結果都是有超調的而且很多時候超調量較大，本論文是基于這一特點，研究一種控制方案使其調節時間快，穩態誤差也非常小的理想效果。 electric boiler。 關鍵詞 ： 溫度控制系統；電阻爐爐；模糊控制； MATLAB； PID 控制 II Abstract Now, a lot of industrial production process requires the use of boiler equipment,temperature control system of boiler has many problems, such as the lag phenomenon is serious, it is difficult to establish accurate mathematical model. I performed simulation studies, taking the electric heating boiler as the research object, through the analysis and Research on fuzzy control method, using MATLAB in the Simulink and the Fuzzy toolbox simulation analysis. Through the fuzzy control method is applied in the boiler temperature control system,we can overe the serious lag phenomenonthe in the temperature control system, and can improve the stability of the system. The following is the chapter division: The first chapter introduces the research background and significance, the development status of the domestic and foreign boiler temperature control system, the significance of this topic and the main work of this paper The second chapter introduces the development history, the fuzzy control theory and the basic idea and characteristics, the fuzzy controller and fuzzy control algorithm. The third chapter introduces the analysis of controlled object and its control method. The fourth chapter introduces the simulation design of temperature control system for electric boiler characteristics, the fuzzy controller and the temperature control system. The fifth chapter is a brief summary of the whole thesis. Keywords: temperaturecontrol system。 由于溫度自身的一些特點，如慣性大、滯后現象嚴重、難以建立精確的數學模型等使控制系統性能不佳。 PID 控制器具有原理簡單、易于實現、適用范圍廣等優點。該方法理論嚴謹，可以嚴格證明 控制系統的穩定性問題 ，定量分析 性能指標能 ，得到比較好控制品質 。 （ 3）基于 模糊自調整 PID 控制 的 鍋爐 控制 模糊自調整 PID 控制 用在 鍋爐 控制中，能對不確定的條件、參數、延遲和干擾等因素進行檢測分析，采用模糊推理的方法實現 PID 參數 KP， KI，KD 的在線自整定，不僅保持了常規控制系統原理簡單、使用方便、魯棒性較強等優點，而且具有更大的靈活性、適應性，控制也更精確。系統由模擬 PID 控制 (虛框內部分 )和被控對象組成。積分作用雖然可以消除靜差 ，但不能及時克服靜差，偏差信號產生后有滯后現象，使調節過程緩慢，超調量變大，并可能產生振蕩。按模擬 PID 控制算法的算式（ ），現以一系列的采樣時刻點 kT 代表連續時間t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可作如下近似變換 : )n,3,2,1,0k(kTt ?? ? ? ?? ???t0 k 0j k 0l )l(eT)jT(eTdt)t(e T )]1k[(e)k(eTe ]T)1k[(e)kT(edt )t(de ?????? 式中 T為采樣周期， k 為采樣序號， k=0， 1， 2， 3??。 (2)增量式算法得出的是控制量的